一种SMT钢网闭环激光修复方法及系统与流程

本发明涉及smt钢网加工与激光精密修复领域，具体涉及一种smt钢网闭环激光修复方法及系统。

背景技术：

1、smt钢网用于表面贴装工艺中的锡膏印刷，其开孔尺寸、孔壁轮廓以及孔壁表面状态会直接影响锡膏释放的一致性。现有smt钢网通常采用激光切割方式形成开孔，在切割过程中，钢片局部受热熔融后再凝固，容易在孔壁边缘形成切割锯齿、熔渣残留或切割瘤等毛刺结构。该类毛刺尺寸通常较小，且与孔壁母材存在连续连接，形状不规则，分布位置也会随孔型、钢片厚度、切割参数和材料状态发生变化。

2、目前针对smt钢网孔壁毛刺的处理方式主要包括电抛光、机械刷磨以及人工局部修整。电抛光通常需要将钢网整体置于电解液中处理，虽然能够对部分毛刺进行去除，但其属于全局处理方式，难以针对单个缺陷孔位进行局部控制，并且会涉及酸性或腐蚀性介质的使用；机械刷磨通过刷头或磨具对钢网表面进行接触式处理，容易受到孔径尺寸和孔壁深度限制，对微小孔壁内侧毛刺的处理稳定性不足；人工局部修整依赖操作人员对缺陷位置的识别和处理经验，在细间距开孔或微小毛刺场景下容易出现漏修、过修或孔壁二次损伤。

3、部分检测设备能够通过视觉方式识别钢网开孔异常，并输出缺陷坐标或缺陷图像，但检测结果与后续修复操作之间通常仍需人工介入，检测坐标、设计轮廓和实际修复路径之间缺少连续的闭环控制。即使采用视觉引导激光进行修复，同轴成像光路与激光加工光路之间仍可能存在装调误差、场镜畸变、振镜偏差或温漂导致的微小偏移，若直接按照视觉识别出的毛刺边界或设计轮廓进行一次性激光切割，激光能量会集中作用于单一轮廓线附近，容易在定位微差或热扩散作用下切伤孔壁母材，造成孔径超差。因此，现有技术中仍存在smt钢网孔壁毛刺在局部激光修复过程中难以兼顾毛刺去除精度和孔壁母材保护的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种smt钢网闭环激光修复方法及系统，以解决现有技术中存在的技术问题。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种smt钢网闭环激光修复方法，包括以下步骤：

4、s1：获取smt钢网的待修复孔位信息，待修复孔位信息包括检测设备输出的缺陷坐标以及与缺陷坐标对应的gerber设计轮廓；

5、s2：驱动承载有smt钢网的运动平台，使待修复孔位进入同轴成像视野，并通过与激光加工光路同轴设置的成像单元采集待修复孔位的实时孔壁图像；

6、s3：根据实时孔壁图像提取实际孔壁边界，将实际孔壁边界与gerber设计轮廓进行配准比对，确定超出gerber设计轮廓的毛刺外扩区域；

7、s4：获取成像单元的成像中心与激光光斑作用中心在运动平台坐标系下的标定偏差，并根据标定偏差、毛刺外扩区域和gerber设计轮廓生成渐进式修复路径；

8、s5：渐进式修复路径包括预剥离扫描路径和逼近修复路径；

9、所述预剥离扫描路径用于对毛刺外扩区域进行首轮扫描，其扫描能量根据毛刺外扩区域的最大偏离距离与安全偏置距离之间的关系进行设定；

10、当毛刺外扩区域的最大偏离距离大于安全偏置距离时，所述预剥离扫描路径采用安全偏置扫描模式，在毛刺外扩区域内与gerber设计轮廓之间保留安全偏置距离；

11、当毛刺外扩区域的最大偏离距离小于或等于安全偏置距离时，所述预剥离扫描路径采用低能量扫描模式，并位于毛刺外扩区域内；

12、所述逼近修复路径基于预剥离扫描路径对应的残余毛刺边界生成，包括沿预剥离扫描路径向gerber设计轮廓逐次逼近的多条扫描路径，各逼近修复路径与gerber设计轮廓之间的距离逐次减小；

13、s6：控制超快脉冲激光器按照预剥离扫描路径对毛刺外扩区域进行激光扫描，并在扫描后重新采集孔壁图像以确定残余毛刺边界；

14、s7：根据残余毛刺边界相对于激光扫描前的实际孔壁边界的变化量，确定本次激光扫描的实际剥离量，并根据实际剥离量修正下一条逼近修复路径相对于gerber设计轮廓的偏置量；

15、s8：按照修正后的逼近修复路径继续进行激光扫描，并在每次激光扫描后重新确定残余毛刺边界和修复后的实际孔壁边界；

16、当残余毛刺边界相对于gerber设计轮廓的外扩距离小于或等于预设残余阈值，且修复后的实际孔壁边界相对于gerber设计轮廓的内缩距离小于或等于预设过切阈值时，停止激光扫描并生成修复合格结果；

17、当修复后的实际孔壁边界相对于gerber设计轮廓的内缩距离大于预设过切阈值时，停止激光扫描并生成过修复异常结果。

18、优选地，获取smt钢网的待修复孔位信息时，缺陷坐标包括孔位编号、孔位中心坐标和缺陷所在边界段坐标；

19、根据smt钢网上的定位标记建立检测设备坐标系与运动平台坐标系之间的坐标转换关系，并按照坐标转换关系将缺陷坐标转换为运动平台的定位坐标。

20、优选地，将所述实际孔壁边界与gerber设计轮廓进行配准比对时，以待修复孔位的孔位中心为基准截取实时孔壁图像中的孔壁区域，对孔壁区域进行灰度归一化处理和边缘点提取，得到实际孔壁边界点集；

21、将gerber设计轮廓转换为与实时孔壁图像对应的像素坐标轮廓，并通过孔位中心和轮廓方向对实际孔壁边界点集与像素坐标轮廓进行重合配准。

22、优选地，确定毛刺外扩区域时，以gerber设计轮廓为基准，沿gerber设计轮廓的法向计算实际孔壁边界点集中的各边界点相对于gerber设计轮廓的偏离距离；

23、将偏离距离大于0.5μm且沿gerber设计轮廓连续分布长度不小于2μm的边界点划入毛刺外扩区域。

24、优选地，获取成像单元的成像中心与激光光斑作用中心在运动平台坐标系下的标定偏差时，在标定片上采集标定孔图像并确定成像中心坐标，控制激光加工单元在标定片上形成标定光斑，采集标定光斑图像并确定激光光斑作用中心坐标，将成像中心坐标与激光光斑作用中心坐标转换至运动平台坐标系后计算坐标差值，得到标定偏差。

25、优选地，生成渐进式修复路径时，根据毛刺外扩区域的最大偏离距离判断路径生成方式；当毛刺外扩区域的最大偏离距离大于安全偏置距离时，生成与gerber设计轮廓之间保留安全偏置距离的预剥离路径；当毛刺外扩区域的最大偏离距离小于或等于安全偏置距离时，生成位于毛刺外扩区域内的低能量预扫描路径；

26、相邻两条逼近修复路径之间的路径间距为0.5μm-2μm；各逼近修复路径沿毛刺外扩区域对应的gerber设计轮廓切向延伸，且各逼近修复路径的两端分别超出毛刺外扩区域的对应端点0.5μm-1.5μm。

27、优选地，根据实际剥离量修正下一条逼近修复路径相对于gerber设计轮廓的偏置量时，将本次激光扫描前毛刺外扩区域的最大偏离距离与本次激光扫描后残余毛刺边界的最大偏离距离之间的差值作为实际剥离量；

28、当实际剥离量小于0.2μm时，将下一条逼近修复路径在本次激光扫描路径基础上朝gerber设计轮廓移动1μm-2μm；

29、当实际剥离量不小于0.2μm且本次激光扫描后残余毛刺边界的最大偏离距离不小于2μm时，将下一条逼近修复路径在本次激光扫描路径基础上朝gerber设计轮廓移动0.5μm-1μm；

30、当本次激光扫描后残余毛刺边界的最大偏离距离小于2μm时，将下一条逼近修复路径在本次激光扫描路径基础上朝gerber设计轮廓移动0.2μm-0.5μm。

31、优选地，控制超快脉冲激光器进行激光扫描时，获取smt钢网的钢片厚度；

32、当钢片厚度小于或等于0.06mm时，设定激光光斑直径为0.006mm，并设定焦深为0.06mm；

33、当钢片厚度大于0.06mm且小于或等于0.12mm时，设定激光光斑直径为0.012mm，并设定焦深为0.12mm；在残余毛刺边界的最大偏离距离小于2μm后，后一条逼近修复路径的单次脉冲能量小于或等于前一条逼近修复路径的单次脉冲能量。

34、一种smt钢网闭环激光修复系统，包括：

35、运动定位单元，包括用于承载smt钢网的承载平台以及驱动承载平台移动的运动平台；

36、同轴成像单元，设置在激光加工光路上，用于采集待修复孔位的实时孔壁图像，同轴成像单元的成像光路与激光加工光路同轴设置；

37、激光加工单元，包括超快脉冲激光器、光路引导组件和扫描聚焦组件，激光加工单元向待修复孔位输出激光束；

38、数据导入单元，用于获取检测设备输出的缺陷坐标以及与缺陷坐标对应的gerber设计轮廓；

39、轮廓比对单元，用于根据实时孔壁图像提取实际孔壁边界，并将实际孔壁边界与gerber设计轮廓进行配准比对，以确定超出gerber设计轮廓的毛刺外扩区域；

40、标定偏差获取单元，用于获取同轴成像单元的成像中心与激光光斑作用中心在运动平台坐标系下的标定偏差；

41、路径生成单元，用于根据标定偏差、毛刺外扩区域和gerber设计轮廓生成渐进式修复路径，渐进式修复路径包括预剥离路径和逼近修复路径，预剥离路径与gerber设计轮廓之间保留安全偏置距离，各逼近修复路径与gerber设计轮廓之间的距离逐次减小；

42、闭环修正单元，用于根据每次激光扫描后的残余毛刺边界确定实际剥离量，并根据实际剥离量修正下一条逼近修复路径相对于gerber设计轮廓的偏置量；

43、控制单元，分别与运动定位单元、同轴成像单元、激光加工单元、数据导入单元、轮廓比对单元、标定偏差获取单元、路径生成单元和闭环修正单元连接，并按照渐进式修复路径输出运动控制指令和激光扫描控制指令；

44、所述控制单元在残余毛刺边界相对于gerber设计轮廓的外扩距离小于预设残余阈值，且修复后的实际孔壁边界相对于gerber设计轮廓的内缩距离小于预设过切阈值时，停止输出激光扫描控制指令并生成修复合格结果；在修复后的实际孔壁边界相对于gerber设计轮廓的内缩距离大于或等于预设过切阈值时，停止输出激光扫描控制指令并生成过修复异常结果。

45、优选地，所述同轴成像单元包括同轴相机、背光源和分光镜，分光镜设置在激光加工单元的光路引导组件与扫描聚焦组件之间，同轴相机的成像光路经分光镜与激光加工光路共用扫描聚焦组件；

46、所述闭环修正单元包括残余量计算子单元、步距选择子单元和路径更新子单元，残余量计算子单元接收每次激光扫描前后的孔壁图像并输出实际剥离量，步距选择子单元根据实际剥离量和残余毛刺边界的最大偏离距离选取下一次移动步距，路径更新子单元按照下一次移动步距生成下一条逼近修复路径。

47、综上所述，本发明主要具有以下有益效果：

48、本技术通过将实时孔壁图像中的实际孔壁边界与gerber设计轮廓进行配准比对，并以超出gerber设计轮廓的毛刺外扩区域作为激光修复对象，达到不依赖人工经验判断毛刺位置、不仅依据图像灰度变化直接切割的效果；同时，通过以gerber设计轮廓作为修复终止边界，使毛刺识别和修复判断均具有明确的几何基准，能够减少因孔壁反光、切割瘤形状不规则或局部锯齿边缘造成的误判，使smt钢网孔壁毛刺的定位、修复和复检过程保持一致。

49、本技术通过获取成像中心与激光光斑作用中心在运动平台坐标系下的标定偏差，并根据该标定偏差设置预剥离路径的安全偏置距离，达到避免将同轴成像结果直接等同于激光实际作用位置的效果；在此基础上，通过先在毛刺外扩区域内执行预剥离，再根据扫描后的残余毛刺边界计算实际剥离量并修正下一条逼近修复路径，达到由远离孔壁理想轮廓的位置逐步向gerber设计轮廓逼近的效果，从而降低一次性轮廓切割因对位偏差、光路漂移或热扩散造成孔壁母材被切伤的风险。

50、本技术通过在每次激光扫描后重新采集孔壁图像，并同时判断残余毛刺边界相对于gerber设计轮廓的外扩距离以及修复后的实际孔壁边界相对于gerber设计轮廓的内缩距离，达到对毛刺是否去除和孔壁是否过切进行同步控制的效果；同时，通过将钢片厚度与激光光斑直径、焦深进行匹配，并在接近gerber设计轮廓时限制后续逼近修复路径的单次脉冲能量，达到在孔壁厚度方向保持加工一致性并减少最终轮廓附近过修复的效果，从而实现对smt钢网孔壁毛刺的局部、无酸、闭环激光修复。